Методы защиты от коррозии.
Существуют 4 группы методов защиты от коррозии:
1) применение коррозионностойких сплавов;
2) защита поверхности металла покрытиями;
3) обработка коррозионной среды;
4) электрохимические методы.
Рассмотрим их по порядку.
1. Применение коррозионностойких сплавов.
Металлические конструкционные коррозионостойкие материалы разделяют на две основные группы.
Черные металлы (сплавы на основе железа) – это обычные углеродистые стали (содержащие до 1% С), высоколегированные стали (содержащие, Cr, Ni, Mo, V и другие металлы), чугуны (содержащие С до 2,5% и более).
Углеродистые стали.
Антикоррозионные свойства углеродистых сталей обыкновенного качества определяются содержанием углерода, а также способом ее механической обработки. Так, в отожженных сталях влияние углерода сказывается при содержании 0,3-0,4%. Коррозионную стойкость ухудшает в основном сера. Она вызывает межкристаллитную коррозию стали, образуя с железом и марганцем сульфиды. В целом данные стали не обладают большой коррозионной стойкостью.
Легированные стали.
В качестве специальных легирующих элементов, повышающих коррозионную стойкость сталей, используют металлы с более высоким, чем у железа, потенциалом или легко пассивирующиеся металлы, например, хром.
Коррозионная стойкость и величина потенциала сплава в результате легирования увеличивается скачкообразно по правилу Таммана. Концентрация более стойкого компонента, при которой скачкообразно повышается коррозионная стойкость сплава, пропорциональна n/8 атомной доли легирующего компонента, где n – целое число от 1 до 7. Такая концентрация получила название границы или порога химической устойчивости сплава.
Скомп = ХА×n/8 (где n = 1-7; ХА – атомная доля более стойкого компонента)
Один и тот же сплав может иметь несколько порогов устойчивости. Например, для хромистых сталей первый порог устойчивости, соответствует содержанию хрома 12,5% и обеспечивает стойкость их в холодной разбавленной азотной кислоте. Второй порог устойчивости соответствует содержанию 25% хрома и обеспечивает устойчивость сталей к кипящей азотной кислоте.
Все высоколегированные стали классифицируются по свойствам на три группы:
I группа – коррозионно-стойкие (нержавеющие) стали, стойкие к атмосферной, почвенной, щелочной, кислотной, солевой и другим видам электрохимической коррозии.
II группа – жаростойкие стали, эксплуатируемые в ненагруженном или слабонагруженном состоянии; стойки в газовых средах при температуре выше 550 0С.
III группа – жаропрочные стали, эксплуатируемые в нагруженном состоянии в течение длительного времени при высоких температурах.
Чугуны.
Как известно, чугуны подразделяются на два класса: белые (без графита) и серые (с графитом). По действующим стандартам различают три группы серых чугунов: обыкновенный литейный, модифицированный и высокопрочный чугун.
Чугун первой группы используется в химическом аппарато- и машиностроении. Из него отливают цилиндры и корпуса насосов, трубы и емкости.
Чугуны также легируют, как и стали. Легированные чугуны делятся на: никелевые (2-5% никеля), хромистые (26-36% хрома), алюминиевые, высококремнистые, кремнемолибденовые (антихлоры) и другие.
Сплавы цветных металлов: никель, медь, алюминий, титан, цинк, олово, свинец, серебро, тантал, золото и другие металлы.
Никель. По величине электродного потенциала (-0,25 В) никель занимает промежуточное положение между железом и медью. Он пассивируется легче, чем медь и обладает большей коррозионной стойкостью, а также превосходит медь по механическим свойствам. Применяют, главным образом, для покрытий. Все сплавы никеля характеризуются также жаропрочностью.
Алюминий. Легкий, малопрочный и пластичный материал с высокой электро и теплопроводностью. Имеет отрицательный потенциал (-1,668 В), но обладает высокой способностью к самопассивации в окислительных средах. При этом образуется очень прочная оксидная пленка Al2O3. Поэтому он стоек к действию концентрированных азотной и серной кислот. Бескислородные кислоты, а также щелочи разрушают алюминий. Добавление к алюминию кремния и меди повышают его коррозионную стойкость, особенно к действию азотной кислоты. Сплавы алюминия – дюралюминий, применяемый в самолетостроении. Сплавы алюминия применяют также для изготовления сварных деталей, трубопроводов, емкостей.
Медь. Сплавы меди намного устойчивее к агрессивным средам, чем сплавы на основе железа. Медь находится в ряду напряжений правее водорода и ее потенциал равен +0,34 В, поэтому медь не растворяется в разбавленных растворах кислот, окислителей по катиону водорода – серной, соляной и других галогеноводородных кислот, а также органических кислот, таких, как уксусная, щавелевая, лимонная и другие. В то же время способность меди к пассивированию выражена слабо, поэтому она неустойчива в кислотах, окислителях по аниону – азотной и концентрированной серной кислоте. При доступе кислорода (в условиях доступа влажного воздуха) коррозия меди сильно возрастает.
Более высокой антикоррозионной стойкостью, чем медь, обладают ее сплавы – бронза и сплавы с никелем. Самой высокой коррозионной стойкостью обладают кремнистые бронзы, а прочностью и упругостью – берилливые. Коррозионная стойкость латуней ниже, чем у меди, в первую очередь потому, что они подвержены избирательной коррозии, так называемому обесцинкованию.
Титан. Имеет отрицательный электродный потенциал (-1,21 В), но легко пассивируется, образуя пленку TiO2, очень прочную, в результате чего потенциал титана возрастает до положительного значения. В отличие от ряда других металлов и сплавов титан в условиях механических напряжений не подвергается коррозионному растрескиванию. Титан и его сплавы применяют для изготовления аппаратов химических производств, химического машиностроения. Сварку титана рекомендуется проводить в защитной атмосфере (обычно используют аргон), поскольку титан легко насыщается газами (особенно водородом). У титана и его сплавов при повышении температуры резко снижаются механические свойства, поэтому их можно применять только при невысоких температурах – не выше 350-600 0С. Для повышения жаропрочности в сплавы титана вводят молибден, ванадий или цирконий – сплавы ВТ-20, ВТ-22 и другие.
Лекция 19.